Bestimmung von bromierten und gemischt bromiert-chlorierten Umweltkontaminanten in biologischen Matrizes mit HRGC-HRMS

Ziel dieser Arbeit war es, die Analytik zur Bestimmung von polybromierten Diphenylethern
(PBDE), polybromierten (PBDD/F) und gemischt bromiert-chlorierten (PXDD/F) Dibenzo-pdioxinen
und Dibenzofuranen in Lebensmitteln, Futtermitteln und Humanmilch zu entwickeln
und zu validieren. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf der Untersuchung von
Lebensmittelproben aus Baden-Württemberg sowie von Humanmilch aus einer weltweiten
WHO-Studie.
Dazu wurde die Bestimmung dieser Verbindungen mit einem bereits bestehenden Verfahren
zum Nachweis von polychlorierten Dibenzo-p-dioxinen und Dibenzofuranen (PCDD/F) sowie
polychlorierten Biphenylen (PCB) in einer Multimethode kombiniert. Nach der
Gefriertrocknung der Probe wurde das Fett zusammen mit den Kontaminanten mit
organischen Lösungsmitteln extrahiert. Die 13C12-isotopenmarkierten internen Standards
wurden bei fetthaltigen Lebensmittel dem extrahierten Fett zugesetzt. Das Fett und störende
Begleitstoffe wurden anschließend mittels Gelpermeationschromatographie und Kieselgel-
Schwefelsäure-Säule entfernt. Die Abtrennung der PBDE und PCB von den
polyhalogenierten Dibenzo-p-dioxinen und Dibenzofuranen (PCDD/F, PBDD/F und
PXDD/F) erfolgte an einer Florisil-Säule. Als weiterer Aufreinigungsschritt zur vollständigen
Abtrennung der PBDE und PCB von den PBDD/F und PXDD/F kam eine Aktivkohle-Säule
zum Einsatz.
Die Bestimmung von Hexabromcyclododecan (HBCD) konnte nicht vollständig in das
bestehende Verfahren integriert werden und wurde separat durchgeführt. Das extrahierte Fett
wurde mit einer Kieselgel-Schwefelsäure-Säule von den Analyten abgetrennt und
anschließend mit einer Florisil-Säule aufgereinigt.
Die aufgearbeiteten Extrakte wurden mit einem System bestehend aus hochauflösender
Gaschromatographie gekoppelt mit hochauflösender Massenspektrometrie mittels
Isotopenverdünnungsanalyse quantifiziert. Zur gaschromatographischen Trennung der
Kongenere kam routinemäßig eine 15-m-DB-5-Säule zum Einsatz.
Die für fetthaltige Lebensmittel, Futtermittel und Humanmilch entwickelte
Bestimmungsmethode wurde hinsichtlich Einsetzbarkeit und Robustheit überprüft. Bei der
PBDE-Analytik ergaben sich Wiederfindungsraten der 13C12-isotopenmarkierten Kongenere
zwischen 82 und 107 %. Die Blindwerte für die einzelnen Kongenere lagen in der Regel unter
20 pg/g Fett. Die Aufarbeitung von Qualitätskontrollproben mit bekannten PBDE-Gehalten
diente der regelmäßigen Überprüfung des Gesamtverfahrens. Die durchschnittlichen
Abweichungen vom Median lagen zwischen 5 und 24 % Bei zwei
Laborvergleichsuntersuchungen („Dioxins in Food“ 2004 und 2005) wurde die
Simultanbestimmung von PBDE, PCDD/F und PCB überprüft. Dabei waren jeweils drei
verschiedene Matrizes sowie Standardlösungen zu untersuchen. Für die nachzuweisenden
PBDE-Kongenere ergaben sich keine Ausreißer mit Ausnahme bei dem sehr problematischen
BDE 209.
Für PBDD/F und PXDD/F lagen die Wiederfindungsraten der isotopenmarkierten Standards
zwischen 43 und 103 %. Die Reagenzienblindwerte entsprachen für PBDD/F und PXDD/F
mit Ausnahme der hepta- und octabromierten Dibenzofurane der Nachweisgrenze. Die
Nachweisgrenzen waren ungefähr eine Größenordnung höher als diejenigen für PCDD/F. Da
keine geeigneten biologischen Qualitätskontrollproben mit messbaren Gehalten an PBDD/F
und PXDD/F zur Verfügung standen, wurden Realproben mit unmarkierten Kongeneren
dotiert. Die Abweichungen vom dotierten Wert lagen in der Regel unter 16 %. Störungen von
PCB traten bei der PBDE- und PXDD/F-Analytik auf. Die störenden PCB-Kongenere hatten
sehr ähnliche Isotopenverhältnisse und Retention wie die jeweiligen PXDF, konnten aber mit
Hilfe einer Aktivkohle-Säule bei der Probenaufarbeitung entfernt werden.
Um sich ein Bild zu verschaffen, wie der Verbraucher über die Aufnahme von Lebensmitteln
belastet wird, wurden Proben aus Baden-Württemberg mit dem Schwerpunkt auf fetthaltigen
Lebensmitteln tierischen Ursprungs untersucht. Die mit Abstand höchsten PBDE-Gehalte
wiesen fettreiche Wildfische aus Neckar und Rhein mit bis zu 50 ng/g Frischgewicht (FG)
auf. Die Gehalte in allen anderen Lebensmitteln, auch in Zuchtfischen, lagen zwischen 0,005
bis 1,8 ng/g FG und damit um zwei bis vier Größenordnungen niedriger. Das PBDEKongenerenmuster
für Lebensmittel wechselwarmer und gleichwarmer Tiere unterschied sich
signifikant. Der PBDE-Gehalt korrelierte mit der PCB-Belastung im hohen
Konzentrationsbereich bis ca. 100 ng/g FG für PBDE. Polybromierte und gemischthalogenierte
Dibenzo-p-dioxine und Dibenzofurane konnten dagegen selbst in den mit PBDE
hochbelasteten Fischen nicht nachgewiesen werden.
Wie sich Kontaminanten in der Nahrungskette bis zum Menschen anreichern, lässt sich direkt
durch die Bestimmung in Humanmilch nachweisen. Um die Gehalte an bromierten
Kontaminanten weltweit vergleichen zu können, wurden Proben aus 24 Ländern der dritten
Runde einer weltweiten WHO-Studie untersucht. Die PBDE-Konzentration in gepoolten
Proben aus den USA waren mit 240 ng/g Fett um ca. zwei Größenordnungen höher als die der
meisten anderen Länder, die Gehalte zwischen 0,7 und 24 ng/g Fett aufwiesen. Die
wichtigsten Kongenere waren dabei die PBDE # 47, 99 und 153 in unterschiedlichen
Anteilen.
Hauptsächlich 2,3,7,8-substituierte tetra- und pentabromierte PBDF konnten in den
Humanmilchproben nachgewiesen werden. Der „WHO-PBDD/F-TEQ“, berechnet auf
Grundlage des WHO-TEF (1997) für PCDD/F, lag zwischen 0,56 und 1,7 pg/g Fett. Die
Gehalte an PBDD/F und PBDE korrelierten nicht. Die toxikologisch wichtigen tetra- und
pentasubstituierten PXDD/F waren in allen Proben nicht nachweisbar. Die Nachweisgrenze
war mit denjenigen der tetra- und pentabromierten PBDD/F vergleichbar.
Aus Guiyu in der chinesischen Provinz Guangdong wurden Humanmilch und Hühnereier
untersucht, da der Verdacht einer Umweltkontamination mit bromierten Kontaminanten
bestand. Dort wird Elektronikschrott zum Teil im offenen Feuer zur Wiedergewinnung von
Metallen verbrannt. Die PBDE-Gehalte der beiden Hühnereiproben waren mit den Proben aus
Baden-Württemberg vergleichbar. Deutliche Unterschiede zu diesen Proben ließen sich aber
im Kongenerenmuster erkennen. In der Humanmilchprobe lagen die PBDE-Gehalte mit 51
ng/g Fett zwar deutlich über denjenigen der meisten Ländern der WHO-Studie, aber noch
unterhalb der Gehalte in Proben aus den USA.
In allen Proben aus Guiyu konnten auch PBDF-Kongenere nachgewiesen werden. Der
„WHO-PBDD/F-TEQ“ lag bei den Hühnereiern bei 0,9 pg/g Fett, in der Humanmilch bei 3,8
pg/g Fett. Die von dort stammenden Hühnereiproben waren die einzigen untersuchten
Lebensmittel, in denen PBDD/F nachgewiesen werden konnten. PXDD/F waren jedoch auch
in diesen Proben nicht nachweisbar.